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PDP等离子显示解析、结构原理及优缺点比较

文章出处:网络整理 发布时间: 2017/06/02 | 874 次阅读

  PDP(Plasma Display Panel,等离子显示板,台湾地区称为电浆显示)是一种利用气体放电的显示技术,其工作原理与日光灯很相似。它采用等离子管作为发光元件,屏幕上每一个等离子管对应一个像素,屏幕以玻璃作为基板,基板间隔一定距离,四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。 当向电极上加入电压,放电空间内混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线,紫外线激发荧光屏,荧光屏发射出可见光,显现出图像。

  PDP等离子显示解析,PDP等离子显示结构原理及OLED与PDP的优缺点比较

  PDP等离子显示结构原理

  等离子显示屏在台湾又名电浆显示器,虽然译名不同,但意义相通。要了解等离子显示屏,便先要了解一下什么是等离子。

  在物理学的角度来说,等离子是指第四种物质;但当放在医学的学度上,等离子便是指血浆;另外,等离子亦可解作原形质或原生质,即包含了细胞核及细胞质的场所。然在Plasma Display Panel(PDP)的世界中,等离子是指放电现象。

  等离子显示屏是由前后两片玻璃面板组成。前面板是由玻璃基层、透明电极、辅助电极、诱电体层和氧化镁保护层构成,并且在电极上覆盖透明介电层(Dielectric Layer)及防止离子撞击介电层的MgO层;后板玻璃上有Data电极、介电层及长条状的隔壁(BarrierRib)并且在中间隔壁内侧依序涂布红色、绿色、蓝色的荧光体,在组合之后分别注入氮、氖等体即构成等离子面板。

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  现时,各个等离子显示屏板面厂房均以生产42吋VGA(16:9)的等离子屏幕为主,因此每个细胞体的大小约为0.36mm。但当分辨率由VGA提高至XGA时,细胞体的尺寸会缩小至0.24mm,这样便会附带着其它原素的改变,如间隔壁的尺寸、电极尺寸、介电层膜厚度、萤光体的厚度、形状也会产生变化。一般高精细化的改变,意即高密度化的结构,相对会造成亮度的下降及IC成本的倍增。

  而Pioneer及富士通精细的等离子显示屏板面产品解析度可高达SXGA,但仍可表现高亮度的效果。世界各地逐渐开始高质素的数码扩播,等离子显示屏渐渐打入电视市场,因此提高画质将会是新款等离子显示屏的当前要务。

  发光原理

  等离子显示屏可以说是在一个母体中放进许多细小而带有萤光体的管道,由传统的手法去控制,一种是直流电(DC-),另一种是交流电(AC)。1964年,美国伊利诺大学开发了AC型等离子显示屏面板,经历了多年的技术改革,现时等离子技术是利用交流电,因为它简单的结构能延长等离子显示屏的寿命。

  放电现象便是要将交流电导引入显示屏之中。面板的基本技术,是以两片玻璃基板和间隔壁之间形成多个密封空间,让离子及电子产生活跃的运动,并在这些密封的空间内注入稀有气体及氖。另外,在这个密封空间的上下装置上电极(正负电极),令粒子与气体以高速相撞,以产生高能量的状态。当这些粒子平静下来,能量便会慢慢消散,从而放射出紫外线,放电现象便是这样形成。而紫外线可刺激红、绿、蓝萤光体发光。每个细胞体均可独立产生放电现象,随着视讯讯源而控制每个细胞的开关

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  接下来是说说产生色调的技术,要令等离子显示屏的色彩夺目,必须独立操控每个三原色细胞体。以往显像管是由左至右,由上而下,经过电子束的扫描而回放影像。但等离子则采用一个完全不同的方法,由于显示屏是同时全面发光,因此便以1秒60次,由上至下将画面交替显示但在这期间,之前的资料还保留在画面上,所以画面是处 于不断发光的状态。

  在影像的颜色方面,它不像显像管那样可以经由对电子束量的控制进行调整,因为紫外线和可视光都已经是处于饱和状态,所以使用通过电流的控制来操控亮度是不可能的。即使是电流改变,画面的明暗也不会改变。所以,等离子便要利用PCM(Pulse Code ModulaTIon)技术来控制每一个区域内的脉冲,便可以改变画面的亮度。

  首先,影像要由每秒60格(frame)构成;其次,便是将每1格分割成8个次区域,再遵照设定适当的脉冲规律,决定各个次区域的相对亮度。因应影像的资料令各区域的小 萤光灯发亮及熄灭;最后,便是把这些次区域组合起来便可以显示256种色调。将色彩的总数结合,便是256&TImes;256x 256=16,777,216种色彩。

  这个方法可说是非常复杂,而且还带出了一个严重的缺点便是残影的产生“为了解决这个问题,各个等离子显示屏的厂房也积极研究对策,如清除驱动法或利用屏幕保护程序,问题总算是解决了。

  亮度提高技术

  由于等离子显示屏是全面发光因此耗电量必大,但在技术的改进下,等离子的耗电量已逐渐下以降至300W以下。但不可忘记的便是在亮度的提高下,仍要高亮度以加强画质效果。以往等离子的能量效率应只有1.4%,而发光效率则只有1.11m/W,所以必须要有改善的必要。科学家采用了两种改善方法,一,是从细胞体的开口率结构下手;二,是在材料方面作出改善。

  以一般的等离子构造来看,要提高发光率,最直接的方法便是提高细胞体的开口率,令放电的空间增加。而放电的细胞体的开口率与等离子中的间隔壁(Barrier Rib)构造有关,利用新的制造方式,将间隔壁做得更薄来增加放电空间。-般等离子间隔壁的制造方式以Screer,PrinTIng、SanfCiilUSt或PhrWesist方法为主流,但新的制造过程中,如TORAY的PhotosensiTIve film paste或京瓷(Kyocera)的Press Method都能减少间隔壁所占空间,进而提高开口率。

  此外,Pioneer将一般面板RGB排列方式由条状(stripe)改变成井字状,并采用T型透明电极,可防止萤光材漏光且增加荧光材发光面积,如此可以提高20%的发光效率。但以井字状的间隔壁,目前仍采用Sand-Blust1-方式,因此在制造过程上难度较高。

  由于等离子是靠稀有气体放电产生真空紫外线,照射萤光粉发光。其发光效率取决于放电效率及发光粉转换效率。因为放电空间很小,放电效率自然很低,而萤光粉能量转换效率只有20%。

  如果加上紫外幅射和各种吸收等因素,等离子显示屏目前的发光效率小于0.4%,流明效率小于1.11m/W,若相较于高清晰电的PDP 51 m/WAWO效率要求,尚有一段距离。提高放电效率的方法,除了减薄隔壁增大放电空间外,放电体的混合比例及气体最佳化;放电紫外线红移及增大交流维持放电的时间都是可行方案。

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  等离子显示屏的制造过程

  等离子显示屏的制作过程有分前段及后段制造过程,前段过程包括前面基层制造及后面基层制造。后段过程则包括接合、加热、排气以及注入氮、氖等纯气,最后则是检测过程。

  现阶段等离子显示屏的制作过程当中,最难达到的部分是后段间隔壁的制作。由于间隔壁的作用是为防止邻接原子端时,过程中可能会出现放电干扰问题。因此间隔壁的精密度需要非常高,以避免开放性等孔存在,如果有开放性等孔存在,面板使用一段时间之后,间隔壁则可能会因为其中所产生的干扰,而使原子端的电压值改变。

  此外,萤光体的制作方式可分四种方式,其制作方式是依序涂布红色、绿色以及蓝色三原色,因此对间隔壁的精密度要求也非常高。如果间隔精密度不高,而在原子中电产生流通,萤光粉将会被一起激发而有不见光,如此便无法控制面板的画面色彩。目前厂商较常使用的制作方式为印刷法及喷砂法,印刷法受限于本身精密度不够精细的问题,加上其使用较频繁,容易造成间隔壁所不均匀、不对称的现象;而喷砂法由于花费时间较长,必须严格监控每次喷砂的均匀度,制程也是相当复杂。

  在后段制程中驱位电路板的连接制作方面,由于等离子显示屏是采直位式放电激发萤光位发光来控制灰阶变 化,以气体放电之方法来控制,因此需要决定的因素有放电的特性、发光效率、面板亮度的对比以及消耗电力等,如何一方面增加解析度及亮度,而又同时不影响到放电安定性,这些就是个别厂商取胜之处。

  等离子的优点与缺点

  先说说等离子显示屏的优点,最明显的当然是大与薄的画面,无论是挂墙或是座地,也能给予居室更理想的视觉效果。以往显像管电视的体积会随着画面尺寸的扩大而增加,感觉是既笨又钝,根本不可能有挂墙的设计。这是因为电子射腺偏向而不得不在电子枪和荧屏间留有一定的距雕,这便只可以说声无奈了。然而等离子显示屏在加大画面的情况下,机身的发展却越来越薄,由最初的6寸的厚度,缩减至现时只有3至4时厚。到了现时,等敲子显示屏已基本上是无可再薄,这是由于以现时的技术来看,厚度已达至极限。

  等离子显示屏的另一个优点是,画面的聚焦感强、没有色差,以及低失真。与显像管电视不同,显像管是由电子束来扫描出整个画面,所以中央部份画质通常会较好,但周边的位置便容易产生误差,会有偏向、聚焦错误、画面失真等现象。而等离子的技术便不会出现这些误差,而在自然图像及文字的显示上的效果更好。原因是等离子萤 光体的发光方式,除了能达到显像管的画质外,聚焦能力更为理想,这就要为等离子以整个画面发光的技术记下一功了。

  另外一个优点是,等离子出容易造出大尺寸的画面。因为等离子可以将网线版的印刷技术应用在等离子的面板上,印刷机的尺寸有多大,等离子的尺寸便可有多大。相对,显像管却差得多了,36寸几乎是它的极限。

  有优点当然有缺默,令大家有最大反应的当然是它昂贵的价格和维修费,一部42时的等离子电视便需要3至4万,60寸以上还要十余万,怎能不令人哗然!还有它的维修费是显示屏的10%左右,由4千至1万不等,可以说是一个非常昂贵的玩意。另一个缺点便是画质质素的问题,市面上的等离子显示屏画质质素参差,质素不好的黑位只见黑、白位只见白、影像出现严重的锯齿状、色调冷冷而且朦朦胧胧,如错误选购,可真是头痛!

  还有,你必须花费更多的电费来拥有一部等离子电视,这是由于整个屏幕发光的原故,所以等离子的耗电量颇大。等离子电视还有残影的现象,不过这个问题现时已经被各厂提供了解决的方法。

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  OLED显示技术与PDP等离子技术的优缺点比较

  全球平板市场另一个走向大规模应用与成熟市场的显示技术是PDP等离子显示技术。该显示技术占据全球大尺寸彩电产品市场两成的市场份额。虽然不想LCD那样,等离子技术难以成为OLED有力的竞争者,但是OLED最终还是会取代PDP技术,因为OLED在诸多方面更为完美。

  从显示效果上看,PDP等离子技术要比LCD技术出色很对:对比度、色彩、响应时间都高于LCD产品,甚至达到了OLED可能的显示效果。但是,OLED显示产品在可以提供的显示密度、可是角度、单位能耗亮度等方面依然显著领先于PDP技术的产品,特别是在产品理想厚度上不到PDP的十分之一,显得更为轻薄。因此,整体显示效果OLED要显著强于PDP,PDP显著强于LCD。与等离子PDP比较OLED的缺陷还是体现在寿命上。

  从产品的适用性来看,PDP是一种气体小囊结构,必须采用拥有一定厚度的玻璃(陶瓷)屏幕框架,屏幕必须拥有保护结构,否则在碰撞、温度、气压影响下容易破碎,同时PDP在高解析度技术上严重落后、不能制备小尺寸高清晰产品。与之比较,OLED为固体显示,结构简单、轻巧、轻便、可采用柔性或者透明基质的特点。OLED产品制备满足各种特殊情况、特殊条件下的现实需求、常规应用无需特别保护、满足不同尺寸高清晰显示、适用于与多种其它膜结构(电阻触摸屏)的结合使用。

  从制造成本上,在大尺寸显示方面OLED和PDP几乎旗鼓相当。但是生产线建设上,OLED的成本显著高于PDP,可能达到PDP产品生产线建设投资的数倍甚至是10倍。这是OLED产品量产的一大瓶颈。

  虽然OLED产品的制备投资更为巨大,但是PDP产品依然没有在市场中占据优势的可能。因为同样比PDP投资巨大的LCD产品已经获得了针对PDP主要的大尺寸显示器件的市场优势。这种优势会被可以继承LCD生产线的OLED技术全部继承。或者,可以这样认为,今天LCD的成功已经帮助OLED完成了第一步的投资。LCD向OLED的转化和升级不可避免,LCD战胜PDP的情景会被OLED在不远的将来继承。

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